Железо продлило работу высокоэнергетических натрий-ионных батарей

Исследователи Нанкинского университета (Nanjing University) разработали новый катодный материал для натрий-ионных батарей: слоистый оксид с железом, который делает ключевые окислительно-восстановительные реакции кислорода обратимыми. Работа опубликована в журнале Nature Energy в сентябре 2026 года.

Почему натрий-ионные батареи важны

Натрий-ионные батареи привлекают интерес как альтернатива литий-ионным: натрий в 1000 раз более распространён в земной коре, чем литий, и его добыча значительно дешевле и экологически менее нагруженна. Это делает натрий-ионные системы перспективными для стационарного хранения энергии и дешёвой электромобильной техники.

Главная проблема: существующие высокоэнергетические катоды для натрий-ионных батарей деградируют слишком быстро. Высокая энергетическая плотность у слоистых оксидных катодов достигается за счёт участия кислорода в окислительно-восстановительных реакциях при зарядке и разрядке, но эти реакции часто необратимы: кислород «выходит» из решётки, структура катода разрушается, и ёмкость батареи быстро падает.

Роль железа в новом катоде

Авторы из Нанкинского университета создали слоистый оксидный катод, в котором железо выполняет стабилизирующую роль. Присутствие железа в структуре решётки изменяет электронную среду вокруг атомов кислорода таким образом, что кислородные окислительно-восстановительные реакции становятся более обратимыми: кислород участвует в переносе заряда, но не покидает решётку.

Это позволяет сохранять высокую ёмкость катода при многократном циклировании. Материал протестирован на лабораторном уровне; данные указывают на значительно лучшее удержание ёмкости по сравнению с аналогами без железа при сходной начальной энергетической плотности.

Ключевые характеристики нового катода:

• Слоистый оксидный материал с железом в роли стабилизатора кислородных реакций;
• Обратимость кислородного окислительно-восстановительного процесса — главное отличие от прежних аналогов;
• Исследование находится на лабораторном уровне; данные об удержании ёмкости получены для лабораторных ячеек;
• Серийное производство на основе этой работы не анонсировалось — это направление для дальнейших инженерных разработок.

Перспективы

Натрий-ионные батареи с высокой энергетической плотностью и долгим ресурсом могут существенно расширить применимость технологии — в том числе там, где сегодня используются только литий-ионные системы из-за требований к энергоёмкости. Железо как легирующий элемент дополнительно снижает стоимость сырья для катода.

Читайте также по теме: развитии натрий-ионных аккумуляторов.

Следующие шаги для команды Нанкинского университета — оптимизация состава и условий синтеза для масштабирования, а также испытания в более крупных прототипных форматах ячеек.